DECRIS - SINTEF

1 FFIforskningsinstituttForsvarets

DECRIS:

Hvilke

kritiske

hendelser

i strømforsyningen kan

medføre

at en eller

flere

bydeler

får

avbrudd? –

Case Oslo

Gerd Kjølle, SINTEF Energiforskning

DECRIS Seminar 12. Februar 2009


DECRIS: Detaljanalyse –

oversikt

• Case utfall i strømforsyning: Hvilke kritiske hendelser kan medføre at en eller flere bydeler får avbrudd?

• Eksempler på tidligere hendelser• Hendelser og årsaker• Avhengigheter• Konsekvenser• Eksisterende barrierer• Analysemetodikk, databehov, eksempler på resultater• Metodiske utfordringer


DECRIS: Case utfall i strømforsyning

• Utgangspunkt: Kritiske hendelser i kraftforsyningen som får konsekvenser for leveransen til andre infrastrukturer:– Dvs utfall av anlegg som medfører at en eller flere bydeler får

avbrudd i strømforsyningen av en viss varighet

• Kritiske hendelser – fra grovanalysen:– Utfall av innføringsstasjoner / transformatorstasjoner– Utfall av kraftledninger/kabler i sentralnettet mellom

innføringsstasjoner– Utfall av kraftledninger/kabler i regionalnettet


DECRIS: Status for avbrudd pga feil/driftsforst. ≥

11 kV

~

Sentralnett Regionalnett Distribusjonsnett

1 32 4 5

Innf

ørin

gsst

asjo

n

Tran

sf.s

tasj

on

Net

tsta

sjon

Lavs

pent

nett

Høy

spen

tnet

t

Prod.anlegg Kunde

Gen

erat

orGj. snitt for Oslo pr rapporteringspkt fra avbruddsstatistikk 2003 - 2007: 0,8 avbrudd > 3 min. (ikke varslede) Sum 0,7 timer pr år

Planlagte utkoplinger/ varslede avbrudd kommer i tillegg


DECRIS:

Strømbrudd i Oslo 1. august 2005

Overvåker døgnet rundt

Olav Homme (bak) leder kampen mot strømbrudd i driftssentralen til Hafslund Nett. Foran Arild Haugen og Ragnhild Marie Bakkevig.FOTO: ARASH NEJADDenne driftssentralen til Hafslund Nett jobber døgnet rundt for å hindre strømbrudd i Oslo, Akershus og Østfold. Men mandag ble ekstra vanskelig. Strømmen gikk og brått var 180 000 personer i Oslo og Bærum rammet. ARASH A. NEJAD (foto)HONG PHAM- Strømbruddet er et av de verste vi har opplevd i Oslo, forteller avdelingsleder Olav Homme med over 20 års erfaring fra bransjen. T-banen sto stille, trafikklysene sluknet og minibankene streiket.

Hommer forklarer at strømstansen skyldtes en kortslutning i en bryter i et 300 000 volts høyspent-anleggpå Sogn. Han regner med at den 49 minutter lange strømstansen vil koste selskapet 10 millioner kroner i kompensasjon til Norges vassdrags- og energidirektorat (NEVE).

www.aftenposten.no ons 2005-08-03http://www.aftenposten.no/nyheter/iriks/article1090197.ece

Skal være sluttbrukere, dvs ca 360 000 mennesker berørt

Ca 360 000 mennesker berørt i inntil 49 minutter

Eksempler på

tidligere hendelser


DECRIS:

http://www.aftenpo sten.no/nyheter/osl o/article1947250.e ce

20. August 2007

Avbrudd Oslo vest, deler av sentrum, Oslo syd-øst samt Oppegård.

Ca 216 000 mennesker berørt i inntil 55 minutter


DECRIS: Hendelser og årsaker –

typisk (Oslo)

Utfall av strømforsyning

(avbrudd)

Årsaker KonsekvenserTeknisk

Mennesker

Omgivelser/ Vær

Systemfeil

Terror/sabotasje

Område/Antall mennesker

berørt

Utkoplet last

Varighet

Samfunnsmessigekostnader

AldringOljelekkasjeVernfeilMangelfullt vedl. holdGravingKranarbeidMontasjefeilOverbelastningTordenværVind, snø/isVegetasjonosv

Mastehavari på en dobbeltlinje

To eller flere regionalnettskabler skades

Brann i flere transformatorer

Feil i et gassisolert (GIS) bryteranlegg

Samleskinnefeil som medfører utfall av alle forbindelser til/fra stasjon

Feil i kombinasjon med vernfeil, vedlikehold osv.

Årsak er oftest teknisk svikt eller systemfeil


DECRIS: Avhengigheter (i eget system og andre)

• To kraftledninger i sentral- eller regionalnettet på samme mastepunkt• Flere kabler i regionalnettet i samme grøft, kulvert, bro• Doble samleskinner med felles vern

• Avhengigheter med andre infrastrukturer– Kabler i samme grøft som tele/IKT-kabler, fjernvarmerør mm.– IKT: Driftssentral, samband/kommunikasjon, vern, automatisering…– Forsyning til andre infrastrukturer: Fjernvarme, vann & avløp, transport,

IKT mm.


DECRIS: Konsekvenser –

typisk ved ”storfeil”

(Oslo)


(avbrudd)


Mennesker

Omgivelser/ Vær

Systemfeil

Terror/sabotasje


berørt

Utkoplet last

Varighet


Utetiden kortvarig, oftest 0,5 – 1 time

Driften gjenopprettes ved omkobling

Mange mennesker berørt, i store områder

Stor medieinteresse

Høy KILE

Bedrifters egne ROS-analyser mmNettselskapets ROS-analyser


DECRIS: Konsekvenser for øvrige infrastrukturer

• Må kartlegges separat:

• Fjernvarme– Varmepumper, elkjeler mm

• Vann og avløp– Pumpestasjoner, ventiler mm

• Transport– Kjørestrøm, styrestrøm, signalanlegg, trafikklys, tunnellys, vifter mm

• IKT– Basestasjoner for mobiltelefoni, strømforsyning mm


DECRIS: Barrierer –

eksempler


(avbrudd)


Mennesker

Omgivelser/ Vær

Systemfeil

Terror/sabotasje


berørt

Utkoplet last

Varighet


Vern Kabling

Trerydding

…

Automatisering

ReserveaggregaterReserve- forbindelser

Reserve- materiell

Trening

Personell

…Kompetanse

Forskrift om beredskap i kraftforsyningen

Forskrift om leveringskvalitet i kraftsystemet

Dimensjonering


DECRIS: Barrierer (Oslo, konsekvens)

• Regionalnettet dimensjonert for N-1 etter omkobling for gjenoppretting etter utfall av en hovedkomponent

• Transformatorkapasitet mot distribusjonsnettet– Hurtig reserve

• kan kobles om fra driftssentral– Treg reserve

• manuelle koblinger

• Noen sterke forbindelser i distribusjonsnettet mellom forsyningsområdene

• Andre beredskapstiltak– Provisoriske løsninger, bruk av reserveaggregater, flytting av transformatorer,

utkobling av elkjeler, sonevis utkobling mm.


DECRIS: Analysemetodikk

Utfall i strøm-forsyning

Konsekvenser for leveringspunkter

EkspertvurderingerFeilstatistikk

KlimainformasjonTidligere hendelser

UtfallsanalyseSimuleringer

EkspertvurderingerKlimainformasjon

Simuleringer (lastflyt, leverings-

pålitelighetsanalyse)EkspertvurderingerTidligere hendelser

Hvilke årsakssammenhenger kan gi de kritiske utfallskombinasjonene?


DECRIS: Metodikk for beregn. av leveringspål.

1. Definer nett, analysedybde og driftstilstanderFor hver driftstilstand:

2. Generer liste med potensielt kritiske utfallskombinasjoner– Alle enkeltutfall– Alle avhengige dobbeltutfall

• Fellesfeil (f.eks. 2 kraftledninger i samme trasé)• Vern- og bryterfeil medfører utfall av naboenheter

– Brukerspesifiserte høyere ordens utfall3. Konsekvensanalyse for hver utfallskombinasjon

– Beregn tilgjengelig kapasitet for hvert leveringspunkt for alle driftstilstander

4. Beregn leveringspålitelighetsindekser for aktuelle leveringspunktNeste driftstilstand

5. Presenter resultater

OPAL


DECRIS: Databehov

Type data:Kraftsystemets oppbygning (topologi, plassering av produksjon, plassering av vern mm)Anleggs-/komponentdata (type, lengde, ytelse/kapasitet, impedans mm)Belastningsdata (effekt, energi, type belastninger mm)Demografiske data (befolkningstetthet, type sluttbrukere mm)Feildata (feilårsaker, sannsynligheter og dels konsekvenser på anleggs-/komponentnivå)AvbruddskostnadsdataKlimadata (vindstyrker, temperaturer mm)

Noen data er ”enkle” å etablere, andre er vanskelige/kompliserte

Det må gjøres forutsetninger/antakelser

Avhengigheter med andre infrastrukturer – en spesiell utfordring


DECRIS:

Indekser

prleveringspunkt

U

r

Pavbr

ILE

IC

antall/år

timer/år

timer/avbrudd

kW eller

MW/år

kWh eller

MWh/år

kr/år(KILE)

Leveringspålitelighetsindekser

I tillegg:

• Tilgjengelig kapasitet til å forsyne leveringspunktet, for hver utfallskombinasjon og hver driftstilstand

• Hvilke utfallskombinasjoner som er kritiske for et gitt leveringspunkt og hvor mye disse bidrar til indeksene

Kan beregnes for ulike driftstilstander


(avbrudd)


Mennesker

Omgivelser/ Vær

Systemfeil

Terror/sabotasje


berørt

Utkoplet last

Varighet



(avbrudd)


Mennesker

Omgivelser/ Vær

Systemfeil

Terror/sabotasje


berørt

Utkoplet last

Varighet



DECRIS: Oslo-case

• Valgt case: – Avbrudd for Bydel (regionalnetts-/ transformator-stasjon)– Kartlegger elektrisk konsekvens og avbrudd for sluttbrukere (Bydel) vha

metodikk for beregning av leveringspålitelighet i kraftnett (OPAL)• Konsekvenser for øvrige infrastrukturer (vann og avløp, transport, IKT

mm): Hva/hvilke punkter og funksjoner blir berørt?

~Sentralnett

Regionalnett Distribusjonsnett

1 32 4 5Innføringsstasjon Bydel N

etts

tasj

on

Lavs

pent

nett

Høy

spen

tnet

t

Prod.anlegg Kunde

Gen

erat

or

Beregnes med OPAL

Videre konsekvens kartlegges separat

pr sluttbruker/ infrastruktur


DECRIS: Oslo-case –

eksempler på

resultater

Tabell 1 Avbruddsforhold beregnet for leveringspunkt i 33 kV nett. Alt. a) Enkeltutfall linjer. NB! Ikke hensyntatt reserve/ omkoblingsmuligheter.

Leveringspunkt Antall avbrudd pr år

Varighet pr år (timer/år)

Varighet pr avbrudd (timer/avbrudd)

Ikke levert energi (MWh/år)

Regionalnettstasjon A 0,12 13 101 46 Regionalnettstasjon B 0,07 7 101 69

Tabell 2 Avbruddsforhold beregnet for leveringspunkt i 33 kV nett. Alt. f) Enkeltutfall linjer og transformatorer samt dobbeltutfall nabolinjer. Alle utetider lik 1 time





Regionalnettstasjon A 0,15 0,15 1 0,7 Regionalnettstasjon B 0,11 0,11 1 1,0

Tabell 3 Avbruddsforhold beregnet for leveringspunkt i 33 kV nett. Alt. e) Enkeltutfall linjer og transformatorer samt avhengige feil (common mode/ fellesføringer). NB! Ikke hensyntatt reserve/ omkoblingsmuligheter





Regionalnettstasjon A 3,0 214 71 2340 Regionalnettstasjon B 0,12 45 360 292

Omkoblingsmuligheter og reserver i underliggende nett ikke representert

Alle utetider lik 1 time

Omkoblingsmuligheter og reserver i underliggende nett ikke representert


DECRIS: Kritiske utfall for leveringspunkter

• Regionalnettstasjon A:– Enkeltutfall av fem ulike transformatorer (i sentral- og

regionalnettsstasjoner)– Enkeltutfall av fire ulike kabler fra innføringsstasjoner– Common mode: Utfall av flere kabler i samme grøft

• Regionalnettstasjon B:– Enkeltutfall av tre forskjellige kabler fra innføringsstasjoner– Common mode: Utfall av flere kabler i samme bro


DECRIS:

Ulike forsynings- punkter i Oslo

Eks. konsekvenser for vannforsyning

Komponenter i vannforsyning som vil kunne påvirkes:– Pumpestasjoner (nødstrøm?)– Vannbehandling (nødstrøm)– Fjernstyring av utstyr/ventiler

NB: Mange viktige forbrukere/”Sårbare abonnenter”.

Tabell 1 Avbruddsforhold beregnet for leveringspunkt i 33 kV nett. Alt. f) Enkeltutfall linjer og transformatorer samt dobbeltutfall nabolinjer. Alle utetider lik 1 time. Årlige indekser.

Delivery point Lambda U r(No/yr) (h/yr) (h/interr)

1 0,28736 0,287346 0,9999532 0,267497 0,267488 0,9999693 0,154827 0,15482 0,9999564 0,080588 0,080585 0,9999615 0,351001 0,350989 0,9999666 4,04E-06 2,02E-06 0,57 0,11404 0,114035 0,9999578 0,327721 0,327708 0,999961


DECRIS: GIS analyser for å

koble informasjon

NB: Polygon og verdier ikke geografisk korrekt (anonymisert)

Utfall i strømforsyning (t/år) Vannpumpestasjoner

59 timer/år

281 timer/år 213 timer/år

18 timer/år

59 timer/år

281 timer/år 213 timer/år

18 timer/år

0,287 timer/år 0,155 timer/år

0,267 timer/år

0,081 timer/år


DECRIS: Metodiske utfordringer

• Kunnskap om hvilke sluttbrukere som er plassert hvor og hvilke som skal prioriteres ved gjenoppretting av forsyning (liv og helse prioritert)

• Konsekvenser for ulike sluttbrukere og øvrige infrastrukturer – må kartlegges separat av de berørte. Fordrer kunnskap om hva som finnes av reserve og beredskap hos sluttbruker

• Kartlegging av konsekvens for ulike typer årsaker/ hendelser• Kunnskap om avhengigheter innenfor egen infrastruktur (common mode-feil)

(dataunderlag) og sannsynligheter for slike feil• Fellesfeil og andre avhengigheter mellom infrastrukturer:

– Kunnskap og informasjon om fellesføringer i grøfter, kulverter, tunneler, broer og om hvilke typer fellesfeil som kan oppstå (graving, brann med mer.)

– Kunnskap om fysiske/geografiske og logiske/ funksjonelle koblinger til andre infrastrukturer

– Informasjonsbehov om fellesføringer og funksjonelle/logiske avhengigheter (systemkunnskap) mm – krever samarbeid mellom flere aktører!

• Videreutvikle metodikk/verktøy for beregning av leveringspålitelighet (OPAL) til å håndtere alle fenomener av betydning samt ulike drifts- og gjenopprettingsstrategier (barrierer mht varighet av hendelser)

• Håndtering av informasjon unntatt offentlighet


DECRIS:

Ekstra slides


DECRIS: Gjenopprettingstid

• Omkobling mulig fra driftssentral– Utetid inntil 1 time

• Omkobling ute i distribusjonsnettet– Utetid inntil 4 - 24 timer

• Flytting av transformatorer– Utetid inntil 4 døgn

• N-2 situasjoner i regionalnettet– Utetid inntil 4 døgn


DECRIS: Det

norske

kraftsystemet

420 kV300 kV

132 kV66 kV

22 kV11 kV

230 V400

V

Import/EksportImport/Eksport

Kraft-produksjon

Transport(Overføring) Hoveddistribusjon Distribusjon

G

G

G

G

Avbruddsstatistikk (NVE) for 2006:

Gj. snitt pr leveringspunkt i Oslo: 0,73 avbrudd > 3 min. Varighet ca 1 time pr avbrudd

Gj. snitt for Norge: 3 avbrudd > 3 min. Varighet ca 1,4 timer pr avbrudd

Inkluderer planlagte utkoplinger (varslede avbrudd)

Documents

DECRIS - SINTEF